Kraftstoffinjektor

Abstract

 Kraftstoffinjektor mit einem einen Ventilraum 11 beherrschenden von einem Aktor betätigten Schaltventil, wobei der Ventilraum 11 mit einem mit einer Düsennadel 15 zusammenwirkenden Steuerraum 13 verschaltet ist, und wobei der Ventilraum 11 über einen eine Drossel aufweisenden Zulaufkanal 20 mit einem Kraftstoffhochdrucksystem sowie über einen eine Drossel aufweisenden Ablaufkanal mit einem Kraftstoffniederdrucksystem verschaltet ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, bei dem die den Kraftstoffinjektor kontinuierlich durchströmende Steuermenge von Kraftstoff gegenüber dem Stand der Technik zumindest verringert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass zumindest eine der Drosseln schaltbar ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem einen Ventilraum beherrschenden von einem Aktor betätigten Schaltventil, wobei der Ventilraum mit einem mit einer Düsennadel zusammenwirkenden Steuerraum verschaltet ist und wobei der Ventilraum über eine eine Drossel aufweisenden Zulaufkanal mit einem Kraftstoffhochdrucksystem sowie über einen eine Drossel aufweisenden Ablaufkanal mit einem Kraftstoffniederdrucksystem verschaltet ist.

Stand der Technik

[0002] Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2009 027 096 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor hat eine Ventilplatte, eine Drosselplatte und ein in der Ventilplatte ausgebildetes Schaltventil. Die Ventilplatte und die Drosselplatte weisen jeweils wenigstens eine Planfläche auf und sind so angeordnet, dass ihre Planflächen aneinander liegen. In wenigstens einer der Planflächen ist wenigstens eine Freilegung ausgebildet und wenigstens eine Freilegung ist hydraulisch mit einem Kraftstoffablauf und einem Ablauf des Schaltventils verbunden. Der Steuerraum ist bei diesen Kraftstoffinjektor so angeordnet, dass er nicht in direktem Kontakt mit der Drosselplatte steht, während der von dem Schaltventil geschaltete Niederdruckraum direkt angrenzend zu der Drosselplatte angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine problemlose Abführung von Leckagekraftstoffmengen. Insbesondere bei geöffnetem Schaltventil wird das Schaltventil durch eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel kontinuierlich von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durchströmt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, bei dem die den Kraftstoffinjektor durchströmende

[0004] Kraftstoffmenge gegenüber dem Stand der Technik zumindest deutlich verringert ist.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

[0005] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest eine Drossel schaltbar ist. Insbesondere bei geöffnetem Schaltventil kommt es bei heutigen Kraftstoffinjektoren - wie zum Stand der Technik ausgeführt - zu einer Durchströmung des Injektors von einer Zulaufdrossel über den Steuerraum und einer Ablaufdrossel in das Niederdrucksystem. Durch das Durchströmen entstehen hohe Steuermengen, die zum einen die Effizienz des Einspritzsystems beispielsweise hinsichtlich der CO₂-Bilanz verringern und zum andern zu einem hohen Wärmeeintrag in den Kraftstoffinjektor und in das Rücklaufsystem zu dem Kraftstoffniederdrucksystem führen. Dadurch, dass zumindest eine der Drosseln schaltbar ist, kann diese insbesondere bei geöffnetem Schaltventil geschlossen sein, so dass keine Durchströmung des Kraftstoffinjektors und insbesondere des Ventilraums des Kraftstoffinjektors mehr erfolgt.

[0006] In Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Drossel von einem Schaltventilbolzen des Schaltventils schaltbar. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da dadurch keine zusätzlichen Teile für den Schaltvorgang der zumindest einen Drossel benötigt werden, sondern vorhandene Bauteile, im vorliegenden Fall der Schaltventilbolzen, als Doppelfunktion auch die Schaltung der zumindest einen Drossel übernimmt.

[0007] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei geschlossenem Schaltventil eine als Zulaufdrossel ausgebildete Drossel in den Zulaufkanal offen und eine als Ablaufdrossel ausgebildete Drossel in dem Ablaufkanal geschlossen geschaltet. Dieser Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da durch diese Ausbildung sowohl die Zulaufdrossel als auch die Ablaufdrossel durch den Schaltventilbolzen geschaltet werden. Dabei erfolgt die Schaltung entsprechend den unterschiedlichen Schaltstellungen des Schaltventilbolzens. Dadurch ist einerseits der Bauaufwand gering, andererseits ist dadurch, dass in jeder Schaltendstellung des Schaltventils eine Drossel geschlossen ist, die Durchströmung des Kraftstoffinjektors minimiert. Dadurch ist im Ergebnis die Steuermenge soweit wie möglich reduziert und ebenfalls der Wärmeeintrag in den Kraftstoffinjektor und das Rücklaufsystems weitestgehend vermindert.

[0008] In Weiterbildung der Erfindung ist bei geöffnetem Schaltventil die Zulaufdrossel geschlossen und die Ablaufdrossel offen geschaltet. Dies stellt die entsprechende zweite Schaltstellung des Schaltventils dar.

[0009] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zulaufdrossel in einer Drosselplatte benachbart zu einer Stirnfläche des Schaltventilbolzens angeordnet. Liegt der Schaltventilbolzen mit der Stirnfläche auf der entsprechenden planen Fläche der Drosselplatte bei geöffnetem Schaltventil auf, ist die entsprechende Strömungsverbindung von dem Zulaufkanal über die Zulaufdrossel in den Ventilraum abgesperrt.

[0010] In Weiterbildung der Erfindung ist die Ablaufdrossel als Bohrung in den Schaltventilbolzen eingelassen. Dabei ist die Bohrung so angeordnet, dass bei geöffnetem Schaltventil durch die Bohrung von dem Ventilraum Kraftstoff in einen Niederdruckraum abströmt. Der Ventilraum ist über eine Verbindungsbohrung mit dem Steuerraum verschaltet, so dass in diesem ebenfalls eine Druckreduzierung erfolgt. Diese Druckreduzierung ermöglicht das Öffnen der Düsennadel zur Einleitung eines Einspritzvorgangs.

[0011] In einer alternativen Ausgestaltung ist die Ablaufdrossel als Ringspaltdrossel zwischen dem Schaltventilbolzen und einer Schaltventilbolzenführung angeordnet.

[0012] In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Ablaufdrossel als seitlicher Flachanschliff zwischen dem Schaltventilbolzen und einer Schaltventilbolzenführung angeordnet. Dieser seitliche Flachanschliff ist bevorzugt als dreifacher seitlicher Flachanschliff ausgebildet, die auf dem Umfang des Schaltventilbolzens verteilt angeordnet sind. Einerseits ist dadurch eine zuverlässige Führung des Schaltventilbolzens in der Schaltventilbolzenführung sichergestellt, andererseits ist durch die Ausbildung des dreifachen Flachanschliffs eine gute Dosierung des abzusteuernden Kraftstoffs möglich.

[0013] Wiederum in einer alternativen Ausgestaltung ist die Ablaufdrossel als Spiralnut zwischen dem Schaltventilbolzen und der Schaltventilbolzenführung angeordnet. Dabei kann die Spiralnut sowohl in den Schaltventilbolzen als auch in die Schaltventilbolzenführung eingelassen sein.

[0014] Schließlich ist die Ablaufdrossel in einer weiteren alternativen Ausgestaltung in einer auf der Niederdruckseite des Schaltventils angeordneten Zwischenplatte angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht durch Auswechseln der Zwischenplatte ein einfaches Einstellen der Durchflussmenge durch die Ablaufdrossel durch unterschiedliche Drosseldurchmesser.

[0015] In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Aktor und dem Schaltventil ein Kopplermodul angeordnet. Ein Koppler ist vor allem einsetzbar, um Toleranzen auszugleichen und die unterschiedlichen Längenänderungen einzelner Komponenten im Betrieb aufzufangen. Als alternative Lösung zu einem Koppler ist eine spezielle Materialkombination mit sogenannten Invar und einem Einstellstück möglich. Durch diese Ausgestaltung kann die gleiche Funktion wie mit einem Koppler realisiert werden. Diese Ausführungsform quasi ohne Koppler ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor günstig umsetzbar, wobei durch diese Ausgestaltung eine verbesserte Steifigkeit und Kraftübertragung vom Aktor auf das Schaltventil erreicht wird, da der relativ weiche hydraulische Koppler entfällt. Dadurch kann die Schaltgenauigkeit des gesamten Kraftstoffinjektors weiter verbessert werden.

[0016] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0017] Es zeigen:

Figur 1

einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Kraftstoffinjektor mit geschalteter Ablaufdrossel und Zulaufdrossel, wobei die Ablaufdrossel als Bohrung in einem Schaltventilbolzen ausgebildet ist,

Figur 2

einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Kraftstoffinjektor mit geschalteter Ablaufdrossel und Zulaufdrossel, wobei die Ablaufdrossel als Ringspaltdrossel ausgebildet ist,

Figur 3

einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Kraftstoffinjektor mit geschalteter Ablaufdrossel und Zulaufdrossel, wobei die Ablaufdrossel als dreifacher seitlicher Flachanschliff ausgebildet ist,

Figur 3a

eine Schnittdarstellung durch den Schaltventilbolzen mit einer Darstellung eines dreifachen seitlichen Flachanschliffs gemäß Figur 3,

Figur 4

einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Kraftstoffinjektor mit geschalteter Ablaufdrossel und Zulaufdrossel, wobei die Ablaufdrossel als Spiralnut ausgebildet ist und

Figur 5

einen Schnitt durch einen teilweise dargestellten Kraftstoffinjektor mit geschalteter Ablaufdrossel und Zulaufdrossel, wobei die Ablaufdrossel in eine Zwischenplatte integriert in Form einer Drosselbohrung ausgebildet ist.

Ausführungsform der Erfindung

[0018] Der in den Figuren dargestellte Kraftstoffinjektor ist insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem vorgesehen, mit dem Kraftstoff mit einem Druck von mehr als 1600 bar in den zugehörigen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Dazu wird einen Hochdruckspeicher des Einspritzsystems von einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe Kraftstoff zugeführt, der aus dem Hochdruckspeicher von den erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gesteuert entnommen wird und in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

[0019] Der in der Figur 1 teilweise dargestellte Kraftstoffinjektor ist in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingebaut und weist einen nicht dargestellten Aktor auf, der direkt oder indirekt (dargestellt durch einen senkrechten Pfeil) mit einem Schaltventilbolzen 1 zusammenwirkt. Der Schaltventilbolzen 1 ist mit einem zylinderförmigen Führungsbereich 2 in einer in ein Schaltventilgehäuse 3 eingelassenen Schaltventilbolzenführung 4 geführt und das Schaltventilgehäuse 3 weist benachbart zu der Schaltventilbolzenführung 4 einen Schaltventilgehäusesitz 5 auf. Im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors liegt der Schaltventilbolzen 1 mit einer Gehäusesitzfläche 6 am dem Schaltventilgehäusesitz 5 an. Diese Anlage wird durch eine Schaltventilfeder 7, die sich an einer Schaltventilanlagefläche 8 des Schaltventilbolzens 1 und einer gegenüberliegenden Drosselplatte 9 abstützt, hervorgerufen. Auf der der Drosselplatte 9 zugewandten Seite des Schaltventilbolzens 1 weist dieser eine plane Stirnfläche 10 auf, die bei geöffnetem Schaltventil mit der Drosselplatte 9 zusammenwirkt. Die Schaltventilfeder 7 und der untere Bereich des Schaltventilbolzens 1 ist in einem Ventilraum 11 angeordnet, der durch eine entsprechende Ausnehmung in den Schaltventilgehäuse 3 gebildet ist.

[0020] Der Ventilraum 11 ist über eine Verbindungsbohrung 12 in der Drosselplatte 9 kontinuierlich mit einem Steuerraum 13 verschaltet, der weiterhin von einer Düsennadelführung 14 und einer Düsennadel 15 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Die Düsennadel 15 ist zusammen mit einer Düsennadelfeder 16 und der Düsennadelführung 14 in einen Düsennadelgehäuse 17 angeordnet. Über eine Hochdruckzuleitung 18 in dem Schaltventilgehäuse 3 und der Drosselplatte 9 wird ein Hochdruckraum 19 in dem Düsennadelgehäuse 17 mit Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher befüllt.

[0021] Der Hochdruckraum 19 ist über einen ebenfalls in die Drosselplatte 9 eingelassenen Zulaufkanal 20 mit eingelassener Zulaufdrossel 21 mit dem Ventilraum 11 im Bereich unterhalb der Stirnfläche 10 des Schaltventilbolzens 1 verbunden. Ist das Schaltventil nicht betätigt und folglich der Schaltventilbolzen 1 aufsitzend auf der Gehäusesitzfläche 6, ist der Steuerraum 13 über den Zulaufkanal 20 mit der eingesetzten Zulaufdrossel 21 mit dem Hochdruckraum 19 verbunden und es stellt sich in dem Hochdruckraum 19, den Ventilraum 11 und dem Steuerraum 13 im Ruhezustand des Schaltventils ein Druckgleichgewicht ein. In diesem Betriebszustand ist die Düsennadel 15 geschlossen, dass heißt, es wird kein Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

[0022] Wird nun der Aktor betätigt und öffnet das Schaltventil, wird der Schaltventilbolzen 1 mit der Stirnfläche 10 gegen die Drosselplatte 9 bewegt und verschließt den Zulaufkanal 20 mit der Zulaufdrossel 21. Gleichzeitig wird eine in den Führungsbereich 2 eingelassene Ablaufdrossel 22, die als Bohrung 22a ausgebildet ist, mit dem Ventilraum 11 und einen Niederdruckraum 23 verschaltet. Der im dem Ventilraum 11 und dem Steuerraum 13 befindliche Kraftstoff kann folglich abströmen und somit wird der Druck in dem Steuerraum 13 soweit reduziert, dass die Düsennadel 15 in Richtung zu der Drosselplatte 9 bewegt wird und von dem Hochdruckraum 19 Kraftstoff entlang der Düsennadel 15 über Einspritzöffnungen in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da während dieses Zustands der Zulaufkanal 20 mit der Zulaufdrossel 21 abgesperrt ist, gelangt kein Kraftstoff von dem Hochdruckraum 19 in den Ventilraum 11, der einerseits den Öffnungsvorgang der Düsennadel 15 (zeitlich) beeinflusst und andererseits eine zusätzliche Durchströmung des Schaltventils bewirkt, die beispielsweise einen Wärmeeintrag in das Schaltventil verursacht.

[0023] Der Kraftstoffinjektor gemäß Figur 2 ist grundsätzlich wie zuvor unter Figur 1 beschrieben aufgebaut, wobei hier die Ablaufdrossel 22 als Ringspaltdrossel 22b ausgebildet ist. Funktion und Wirkungsweise sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie unter Figur 1 beschrieben.

[0024] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die Ablaufdrossel 22 als dreifacher seitlicher Flachanschliff 22c ausgebildet. In Figur 3a ist ein Schnitt durch den Schaltventilbolzen 1 mit dem dreifachen seitlichen Flachanschliff 22c dargestellt.

[0025] Figur 4 zeigt eine Ablaufdrossel 22, die als Spiralnut 22d ausgebildet ist.

[0026] In der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist die Schaltventilführung 4 in eine Zwischenplatte 24 eingelassen. Neben der nicht dargestellten Schaltventilführung 4 ist in die Zwischenplatte 24 ein Kanal 25 mit einer eingelassenen Ablaufdrossel 22 eingearbeitet. Der Kanal 25 und die Ablaufdrossel 22 sind bei dieser Ausführungsform ebenfalls bei geöffnetem Schaltventil mit dem Ventilraum 11 und dem Niederdruckraum 23 verbunden.

Ansprüche

1. Kraftstoffinjektor mit einem einen Ventilraum (11) beherrschenden von einem Aktor betätigten Schaltventil, wobei der Ventilraum (11) mit einem mit einer Düsennadel (15) zusammenwirkenden Steuerraum (13) verschaltet ist, und wobei der Ventilraum (11) über einen eine Drossel aufweisenden Zulaufkanal (20) mit einem Kraftstoffhochdrucksystem sowie über einen eine Drossel aufweisenden Ablaufkanal mit einem Kraftstoffniederdrucksystem verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Drossel schaltbar ist.

2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drossel von einem Schaltventilbolzen (1) des Schaltventils schaltbar ist.

3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Schaltventil eine als Zulaufdrossel (21) ausgebildete Drossel in dem Zulaufkanal (20) offen und eine als Ablaufdrossel (22) ausgebildete Drossel in den Ablaufkanal geschlossen geschaltet ist.

4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Schaltventil eine als Zulaufdrossel (21) ausgebildete Drossel in dem Zulaufkanal (20) geschlossen und eine als Ablaufdrossel (22) ausgebildete Drossel in den Ablaufkanal offen geschaltet ist.

5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (21) in eine Drosselplatte (9) benachbart zu einer Stirnfläche (10) des Schaltventilbolzens (1) angeordnet ist.

6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (22) als Bohrung (22a) in den Schaltventilbolzen (1) eingelassen ist.

7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (22) als Ringspaltdrossel (22b) zwischen dem Schaltventilbolzen (1) und einer Schaltventilbolzenführung (4) angeordnet ist.

8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (22) als dreifacher seitlicher Flachanschliff (22c) zwischen dem Schaltventilbolzen (1) und einer Schaltventilbolzenführung (4) angeordnet ist.

9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (22) als Spiralnut (22d) zwischen den Schaltventilbolzen (1) und einer Schaltventilbolzenführung (4) angeordnet ist.

10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (22) in einer auf der Niederdruckseite des Schaltventils angeordneten Zwischenplatte (24) angeordnet ist.

11. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aktor und dem Schaltventil ein Koppler eingeschaltet ist.

Zeichnung